有機膦酸具有穩(wěn)定的碳磷鍵，由包括各種細菌、真菌和原生生物在內(nèi)的大約5%的微生物產(chǎn)生。由于其對常見細胞代謝物的化學模擬，這種分子家族的成員通常表現(xiàn)出強大的生物活性。其中包括臨床使用的抗生素膦胺霉素，一種磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的類似物。盡管膦酸鹽天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)多樣，但幾乎所有這些分子的生物合成都始于PEP在PEP變位酶催化下重排為磷酸丙酮酸。許多膦酸鹽天然產(chǎn)物的生物合成途徑已被鑒定是通過這種早期中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生不同生物活性產(chǎn)物。由于許多膦酸鹽生物合成中間產(chǎn)物也類似于常見的代謝產(chǎn)物，因此產(chǎn)生這些中間產(chǎn)物的酶在進化上來自中樞代謝酶就不足為奇了。
然而，標準生物化學不足以實現(xiàn)這些途徑中涉及的許多轉(zhuǎn)化。事實上，在磷酸鹽生物合成和分解代謝的表征過程中，發(fā)現(xiàn)了許多不尋常且通常是前所未有的酶轉(zhuǎn)化。其中就包括一種參與膦酸天然產(chǎn)物脫氫膦胺霉素生物合成的一種不尋常的氧化重排，即加氧酶DfmD催化2-（三甲氨基）乙基膦酸鹽發(fā)生重排、去飽和和去甲基化反應(yīng)，最終產(chǎn)生脫氫膦胺霉素。DfmD屬于2-酮戊二酸依賴性雙加氧酶超家族的分支成員，雖然該酶家族的其他成員催化相似的轉(zhuǎn)化，但從沒觀察到在單個酶中實現(xiàn)所有三個反應(yīng)的組合。近期，University of Illinois at Urbana-Champaign的William W. Metcalf課題組證實了DfmD這一獨特的催化功能。
圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.
在該項研究中，研究者通過表征DfmD與標記和未標記底物的體外反應(yīng)產(chǎn)物，證明了DfmD分兩步進行這種轉(zhuǎn)化，第一步是底物去飽和化形成2-（三甲氨基）乙烯基膦酸鹽，第二步是通過重排和脫甲基化反應(yīng)形成甲基脫氫膦胺霉素。
圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.
通過以上研究結(jié)果，揭示了DfmD與其他家族成員催化的去飽和和重排反應(yīng)的具有顯著差異。
圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.
參考文獻：An Unusual Oxidative Rearrangement Catalyzed by a Divergent Member of the 2-Oxoglutarate-Dependent Dioxygenase Superfamily during Biosynthesis of Dehydrofosmidomycin
Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.202206173
原文作者：Elizabeth I. Parkinson,* Hani G. Lakkis, Amir A. Alwali, Mary Elizabeth M. Metcalf, Ramya Modi, and William W. Metcalf*
